(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
枚葉紙輪転印刷機（１）の複数の印刷ユニット（２）を相互に機械的に接続している歯車列に作用する少なくとも２つの電気駆動モータ（Ｍ２，Ｍ１）を備えている枚葉紙輪転印刷機（１）を制御する装置において、
前記電気駆動モータ（Ｍ２，Ｍ１）は比例制御器（Ｐ）を備えている１つの制御ループをそれぞれ有しており、
前記駆動モータ（Ｍ２，Ｍ１）の前記制御ループのうちの少なくとも１つに、各々の前記制御ループに所定の比率（Ｔ）で出力信号を供給する積分制御器（Ｉ）が存在していることを特徴とする、枚葉紙輪転印刷機を制御する装置。
【請求項２】
各々の制御ループには、該制御ループに対応する前記駆動モータのトルクを制御するトルク制御器が設けられており、
前記比例制御器は、該比例制御器の属する前記制御ループに対応する前記駆動モータの実際回転数と目標回転数とに基づき比例動作を行い、該比例制御器の属する前記制御ループに設けられた前記トルク制御器に出力信号を供給し、
前記積分制御器は、該積分制御器の属する前記制御ループに対応する前記駆動モータの実際回転数と目標回転数に基づき積分動作を行う、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記積分制御器（Ｉ）の出力信号は前記所定の比率（Ｔ）で前記駆動モータ（Ｍ１，Ｍ２）のトルク制御器（Ｓ）に分配される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記比率（Ｔ）は負の符号を有している、請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
各々の前記駆動モータ（Ｍ１，Ｍ２）に、実際回転数（ｎ１ist，ｎ２ist）または実際トルクを検出するためのセンサ（Ｓ１，Ｓ２）が付属している、請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記比例制御器（Ｐ）の増幅係数はさまざまに異なっている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも一方の前記比例制御器の増幅係数は負の符号を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記増幅係数の符号は前記駆動モータ（Ｍ２）の位置における前記枚葉紙輪転印刷機（１）の振動の固有の形態に応じて決まる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記比例制御器に入力される信号を処理するバンドパスフィルタ（ＢＰ）が設けられている、請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の装置（１０）を備えている枚葉紙輪転印刷機（１）。
【請求項１１】
前記枚葉紙輪転印刷機（１）は、少なくとも１つの反転装置（１２）を介して相互に機械的に接続可能な複数の印刷ユニット（２）を有している、請求項１０に記載の枚葉紙輪転印刷機。
【請求項１２】
少なくとも１つの駆動モータ（Ｍ１）は前記反転装置（１２）の前に配置されており、１つの駆動モータ（Ｍ２）は前記反転装置（１２）の後に配置されている、請求項１１に記載の枚葉紙輪転印刷機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車列が枚葉紙輪転印刷機の複数の印刷ユニットを相互に機械的に接続している、歯車列に作用する少なくとも２つの電気駆動モータを備えている枚葉紙輪転印刷機を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
枚葉紙輪転印刷機は複数の印刷ユニットで構成されており、各々の印刷ユニットは、枚葉紙（シート）状の被印刷体に分解色の１つを塗布するために設けられている。このことは、各々の分解色について１つの印刷ユニットが存在していなければならないことを意味している。基本色以外にも、多くの場合、いくつかの特別な色またはニスが使用されるので、特に枚葉紙輪転印刷機が両面印刷用の反転装置を備えているときには、印刷ユニットの総数が相当の数にのぼることがある。このような場合、枚葉紙の表面と裏面へ印刷するために、２倍の数の印刷ユニットが存在していなくてはならない。このことは、現在では最大１６台の印刷ユニットを備えている非常に長い枚葉紙輪転印刷機につながる。十分に高い印刷品質を得るためには、すべての分解色が正しいレジスタと正しい見当で、正確に互いに上下に重なって被印刷体に印刷されなくてはならないので、個々の印刷ユニットはしかるべく正確に互いに連結されていなくてはならない。枚葉紙輪転印刷機では、この連結は、すべての印刷ユニットを互いに機械的に接続する歯車列によって行われるのが普通である。この機械的接続は、歯車列の個々の歯車の間の歯面のあそびを回避するようにすることによって、正しいレジスタでの印刷を可能にし、それにより、印刷ユニットでの個々の分解色の正確な重ね刷りを可能にする。しかしながら、このような個々の印刷ユニットの、あそびなくぴんと張った状態でつながった機械的接続は、存在する印刷ユニットが多いほど、より激しくて制御が難しい振動が励起されることにつながる。さらに、このような振動は印刷画像に影響を及ぼすので、多数の印刷ユニットを備えている長い枚葉紙輪転印刷機は、振動工学の面から制御するのがあまり容易ではない。
【０００３】
長い枚葉紙印刷機における別の問題は、必要な駆動出力の伝達である。印刷ユニットの数が多いと、印刷動作時に歯車列を介してすべての印刷ユニットを駆動する、しかるべき大型のメイン駆動モータを使用しなくてはならない。ただし、１つのメイン駆動モータに代えて、全てが協働して同じく歯車列に作用する複数の小さなサイズの駆動モータを使用することもできる。印刷ユニットが歯車列によって相互に接続されている、このような、枚葉紙印刷機のためのマルチモータ駆動は、特許文献１から公知である。歯車列を介して接続された印刷ユニットは、回転数制御式のマスタモータ（Leitmotor）と、他のいずれかの印刷ユニット内の、マスタモータのトルクに応じてトルク制御される第２のモータとを備えている。マスタモータとトルク制御式のモータは、モータトルクに関する制御系を通じて制御される。この制御はマスタモータの回転数制御器を通じて行われ、この回転数制御器の出力部には、モータ電流の合計に近似的に比例する総トルクがあり、この総トルクが２つのモータに調整可能な比率で分配される。それに加えて、電流制御器とトルク制御式のモータとの間には、モータ電流から電流ピークをフィルタアウトするモータ電流制限器が配置されている。電流ピークのフィルタリングによって、振動の危険を緩和するようになっている。このようにして、長い機械においてマルチモータ駆動が追加の振動を生起するのを防止するようになっており、それと同時に歯車列の負荷を減らすようになっている。
【０００４】
枚葉紙輪転印刷機のためのマルチモータ駆動用の回転数制御装置が、特許文献２からも公知である。歯車列を介して互いに接続されている印刷ユニットは、マスタ駆動モータと、少なくとも１つの別の駆動モータとを備えている。マスタ駆動モータは回転数制御式であり、その速度がタコジェネレータによって検出される。枚葉紙輪転印刷機の他の駆動モータはそれぞれ、マスタ駆動モータとは異なり、回転数制御式ではなくトルク制御式のモータ電流制御器を備えている。このような種類の制御装置によって、印刷品質を向上させるために、正確な歯面の当接が実現するようになっている。さらに調節装置によって、それぞれ別の駆動モータ同士の間のトルクを相互に適合させることが可能である。
【特許文献１】ドイツ特許出願公開明細書第１９５０２９０９Ｂ４号
【特許文献２】ドイツ特許出願公開明細書第４１３２７６５Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、印刷動作中に特に効果的な振動減衰を可能にする、特に複数の駆動モータを備えている多数の印刷ユニットを含む枚葉紙輪転印刷機を制御する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、この目的は請求項１および１１によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項および図面から見てとることができる。本発明によると、枚葉紙輪転印刷機の印刷ユニットは歯車列を介して互いに機械的に接続されており、歯車列には少なくとも２つの電気駆動モータが作用する。特に効果的な振動減衰のために、電気駆動モータには、伝達特性が主として高周波領域に作用し、定常成分および低い周波数には弱く作用するにすぎず、以下においては「高周波制御素子」と呼ぶ制御素子を備えている制御ループがそれぞれ付属している。さらに、駆動モータのうちの少なくとも１つには、伝達特性が主として低周波領域および定常成分に作用する、以下においては「低周波制御素子」と呼ぶ制御素子を備える制御ループが存在している。その出力信号は、駆動モータのトルクについての制御ループに所定の比率で与えられる。特許文献１の従来技術では、調節トルクの高周波成分がローパスフィルタによってフィルタアウトされ、そのようにして少なくとも振動の励起が回避されるのに対して、本発明では、この成分はフィルタアウトされるのではなく、能動的な振動減衰のために利用される。したがって、特許文献１と同じように追加の振動を励起することが回避されるばかりでなく、高周波成分も、発生する振動を能動的に減衰するために利用される。この目的のために、各々の電気駆動モータは、このような能動的な振動減衰を引き起こすことができる高周波制御素子を備えている独自の制御ループを有している。このようにして、２つのモータの制御ループが振動を弱める作用を有している。これに加えて、低周波制御素子を通じて、本刷り動作のトルクが個々の駆動モータへ所定の比率で分配される。この低周波出力信号には高周波成分がほぼ存在しないので、低周波信号が振動を励起することはあり得ない。それにより、フィルタや監視手段などの複雑な制御部材を使用する必要がなく、特に効果的な振動減衰が実現される。
【０００７】
本発明の第１の実施態様では、本装置は、高周波制御素子として比例制御器を有しており、低周波制御素子として積分制御器を有するようになっている。比例制御器と積分制御器は制御工学における標準構成であり、本発明によれば、駆動モータの各々の制御ループに、比例制御器が高周波成分を制御するために付属しており、それに対して、ただ１つの積分制御器が低周波成分を制御するために設けられている。そのために、２つの制御素子を備えている制御ループに、比例部分と積分部分とに分離された、組み合わされた比例積分制御器が設けられている。積分制御器の低周波出力信号は、負の符号を有することもできる所定の比率で、駆動モータのトルク制御器へ目標値として供給され、そのようにして各駆動モータへ所望のトルク分配を行う。
【０００８】
さらに、各々の駆動モータは、実際回転数または実際トルクを検出するためにセンサが付属するようになっているのが好ましい。このセンサは駆動モータに組み込まれていてもよく、または駆動装置の近傍にあってもよい。センサによる測定の位置と、駆動モータによる制御動作の位置とが近くに並んでいるほど、振動を弱める作用をいっそう容易に達成することができる。センサが検出した実際回転数または実際トルクに基づいて、個々の制御ループが、発生する振動を最低限に抑えることができる。
【０００９】
さらに、比例制御器の増幅係数がさまざまに異なるようになっている。このようにして個々の制御ループを、枚葉紙輪転印刷機の振動工学上の特性に合わせることができる。枚葉紙輪転印刷機で発生する振動は、その振動周波数を励起する固有の形態に応じて形成された印刷機の全長にわたる位置に分布するように生じる。駆動モータが第１の固有の形態の振動の節に位置しており、したがって、この振動形態に対して減衰作用も励起作用も及ぼし得ないとき、この場合には増幅係数をゼロにセットするか、または、少なくとも大幅に引き下げることができる。このように、比例制御器の増幅係数をさまざまに異ならせることによって、固有周波数における振動の固有の形態を考慮することができる。
【００１０】
本発明の別の実施態様では、高周波成分は負の増幅係数と乗算されて、駆動モータのトルク制御器に与えられるようになっている。この構想では、調節トルクの励起部分が特許文献１のようにローパスフィルタによって除去されるのではなく、高周波成分が負の増幅係数と乗算されて、少なくとも１つの駆動モータのトルク制御器へ送られる。符号の変換によって、高周波振動部分が単純にフィルタアウトされるのではなく負へと反転され、そのようにして、能動的な振動緩和のために利用される。制御の改善のために、この場合にはまず高周波成分をバンドパスフィルタへ供給することができる。調節係数の符号は、駆動モータの位置における枚葉紙輪転印刷機の振動の固有の形態に応じて決まるのが好ましい。バンドパスフィルタへ高周波成分を供給することで、高周波だけが制御に利用されることが保証される。こうして高周波成分は、符号の変換により、それぞれの駆動モータについて振動の能動的な減衰のために利用される。
【００１１】
本発明の別の実施態様では、枚葉紙輪転印刷機は、少なくとも１つの反転装置を介して互いに機械的に接続可能な複数の印刷ユニットを有するようになっている。反転装置を備えている枚葉紙輪転印刷機では、表面印刷から裏面印刷へ切り換えるときに、反転装置のところで機械を切り離すことができなくてはならない。このことは、ただ１つの駆動モータしか設けられていなければ、印刷動作時に相応の負荷がかかる機械的な連結部が設けられることを意味している。したがって長い機械では、反転装置の連結部の負荷を軽くするために複数のモータが設けられており、少なくとも１つの駆動モータが反転装置の前に配置され、１つの駆動モータが反転装置の後に配置されている。これらの駆動モータは、本発明の制御装置によって、発生する振動が能動的に減衰されるように制御される。それにより、一方では印刷品質が向上し、他方では機械的な連結部の負荷が軽くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１には、１６台以上の印刷ユニット２を備えている枚葉紙輪転印刷機１が示されている。これらの印刷ユニット２は同種の構成であり、歯車列を介して互いに機械的に連結されている。このようにして、印刷機１において、枚葉紙状の被印刷体１１に、確実に、個別の分解色が正しいレジスタおよび正しい見当で重ね刷りされる。枚葉紙状の被印刷体１１は、給紙装置８によって給紙パイル６から取り出され、第１の印刷ユニット２へ供給される。そこから枚葉紙１１は、胴５によって、枚葉紙印刷機１の全体を通して運ばれ、最終的に、排紙装置７によって排紙パイル９の上に積み置かれる。印刷ユニット２の数が多いため、図１の枚葉紙輪転印刷機１は単独の駆動モータによって駆動されるのではなく、２つの駆動モータＭ１，Ｍ２を備えている。第１の駆動モータＭ１は１０番目の印刷ユニットに作用するのに対して、第２の駆動モータＭ２は１６番目の印刷ユニット２に作用する。さらに枚葉紙輪転印刷機１は、１０番目と１１番目の印刷ユニット２の間に、両面印刷により枚葉紙１１の表面と裏面の両方に印刷可能にする反転ドラム１２を備えている。駆動モータＭ１およびＭ２が反転ドラム１２の前と後に配置されていることによって、印刷動作中の反転ドラム１２の連結部の負荷が軽減する。さらに各々の駆動モータＭ１，Ｍ２には回転数センサＳ１，Ｓ２がそれぞれ付属している。このようにして、各々の駆動モータＭ１，Ｍ２について、実際回転数ｎ１Istおよびｎ２Istが互いに独立して検出される。回転数検出器Ｓ１，Ｓ２の出力信号は印刷機１の制御コンピュータ１０へ供給され、この制御コンピュータ１０は、ここには図示しない、印刷機１の印刷ユニット２にある補助駆動装置やアクチュエータを含めて、すべての駆動モータＭ１，Ｍ２を制御することができる。制御コンピュータ１０は、図示しない制御卓４を介して機械目標回転数ｎSollが設定される制御器３を備えている。この目標回転数ｎSollは、所望の印刷速度を選択するために、印刷機１の操作者が設定するものである。目標回転数ｎSollのほかに、駆動モータＭ１，Ｍ２の実際回転数ｎ２Istおよびｎ１Istが制御器３に供給される。制御の結果、制御トルクＭ１，Ｍ２が制御器３の出力信号としてモータＭ１，Ｍ２に与えられ、そのようにして、目標回転数ｎSollと実際回転数ｎ１Ist，ｎ２Istとの間に回転数の差があるときに、生じている差を修正する。回転数制御の機能に加えて、制御器３は振動減衰の役目も果たす。この特性について図２と図３で詳しく説明する。
【００１４】
図２では、制御器３は、接続された２つの制御ループからなる。１つの制御ループが第１の駆動モータＭ１に付属しており、もう１つの制御ループが第２の駆動モータＭ２に付属している。目標値として、制御器３に目標回転数ｎSollが供給される。さらに、モータＭ１，Ｍ２のそれぞれに付属する回転数検出器Ｓ１，Ｓ１によって実際回転数ｎ２Istおよびｎ１Istが検出され、同様に制御器３に供給される。このとき、第１の制御ループには第１のモータの回転数ｎ１Istが供給され、一方、第２の制御ループには第２のモータの回転数ｎ２Istが供給される。第１の制御ループは、主として高周波成分を制御する比例制御器Ｐを備えている。さらに、第１の制御ループにて制御する差は、分配素子（Teilungsglied）Ｔによって出力信号を第１のモータＭ１の制御ループと第２のモータＭ２の制御ループへ所定の比率で分配する積分制御器Ｉへ供給される。本実施形態では、低周波数の出力信号は、摩擦に打ち勝つために必要な、枚葉紙印刷機１の平均合算トルクに相当している。この信号は、本実施例ではＫ＝０．６２５で示される６０対１００の一定の比率で、モータＭ１およびＭ２に分配される。あるいは負の符号を用いた比率での分配も可能である。一例を挙げると、Ｋ＝１．２で示される１２０対−２０の分配である。Ｋは印刷機１の構成上の条件に応じて決まる。第２のモータＭ２の第２の制御ループは積分制御器Ｉを備えておらず、ここではその代わりに、第１の制御ループに属する分配素子Ｔの、対応する割合が与えられる。両方の制御ループの後には、信号を、駆動モータＭ１，Ｍ２に対する相応の電流に変換するパワーユニットを備えているトルク制御器Ｓがそれぞれ配置されている。低周波信号は印刷機１のトルク配分を調整するために利用され、その低周波数に基づき振動を励起する作用を生じない。図２の各制御ループは独自の比例制御器Ｐを備えているので、各駆動モータＭ１，Ｍ２により高周波振動成分を減衰することができる。
【００１５】
個々の比例制御器Ｐの増幅係数は、枚葉紙印刷機１における駆動モータＭ１，Ｍ２の配置に応じて、さまざまに異なる選択をすることができる。特別な場合には、特定の駆動装置について増幅係数をゼロにセットするか、もしくは少なくとも大幅に引き下げるのが好ましい場合がある。これは、発生する振動の固有の形態に依存し、駆動装置の位置に依存して決まる。この制御コンセプトを、２つよりも多い駆動モータＭ１，Ｍ２に拡張することも問題なくできる。ここで用いている比例制御器Ｐおよび積分制御器Ｉに代えて、複雑な駆動制御器を使用することもできる。しかしながら、比例部分Ｐと積分部分Ｉとを備えた分割型のＰＩ制御器の使用は、特別に簡素で低コストな解決法である。それにより、制御のときに低周波成分と高周波成分を特に簡単に分離することができ、低周波成分は分配素子Ｔによって所定の比率で駆動モータＭ１，Ｍ２へ分配される。それに対して制御器３による高周波成分については、最適な振動減衰のために、各駆動モータＭ１，Ｍ２が比例制御器Ｐをそれぞれ備えている独自の独立した制御ループを有している。
【００１６】
図３は他の実施形態を示している。この場合には、合算トルクｍが分配素子Ｔによって分配されて、さらに別の伝達素子を介して駆動モータＭ１およびＭ２へ供給される。合算調節トルクｍは、ＰＩ制御器として構成されていてもよく、あるいはそれ以外の構成形態に相当していてもよい制御カスケード（Regelkaskade）の、ここには図示しない上位の回転数制御器の出力部から取り出される。この回転数制御器の入力部は、モータＭ１の目標値と実際値から供給を受ける。第２の駆動モータＭ２の制御ループは、高周波成分をフィルタアウトして、それ以外の成分を第２の制御分路へ供給することができるローパスフィルタＴＰを有している。さらに、付属の分配出力部のトルクはローパスフィルタＴＰのそばを通過し、ローパスフィルタＴＰの出力部との差が、高周波成分を制御するためにバンドパスフィルタＢＰへ供給され、第２のモータＭ２でトルクを生成するトルク制御器Ｓへ供給される。バンドパスフィルタＢＰとして示されているフィルタは、特別に適合させられた他の実施形態に対応するものであってもよく、たとえばローパスフィルタだけで構成されていてもよい。このとき振動成分を含んでいる出力信号は、増幅器Ｖで調節可能な正負の符号を付与され、そのようにして能動的な振動減衰のために利用される。この正負の符号は、第２の駆動モータＭ２の位置における固有の形態の機械振動の正負の符号に応じて決まる。そして増幅器Ｖの出力信号は、第２の駆動モータＭ２のパワーユニットを備えているトルク制御器Ｓに追加で供給される。第１の駆動モータＭ１は、分配素子Ｔでの分配の後に合算トルクｍの相応の割合がフィルタリングされることなく供給される、パワーユニットＳを備えたトルク制御器を同様に有している。合算トルクｍは、すでに述べたモータ回転数制御器の出力部にあるトルク調節信号である。したがって、図３においても各々の駆動モータＭ１，Ｍ２には高周波成分が供給されるが、モータＭ２の高周波の振動成分が、場合によっては正負の符号の逆転によって振動緩和のために利用される。したがって、図３の実施形態は図２の実施形態よりも労力と費用がかかる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】２つの駆動モータを備えている長い枚葉紙輪転印刷機を示す図である。
【図２】各駆動モータ用の比例制御ループと、共通の１つの積分制御器とを備えている、本発明の装置を示す図である。
【図３】高周波制御部で正負の符号が逆転する、調節可能な調節係数を用いた他の制御を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１      枚葉紙輪転印刷機
２      印刷ユニット
３      制御器
４      制御卓
５      胴
６      給紙パイル
７      排紙装置
８      給紙装置
９      排紙パイル
１０    制御コンピュータ
１１    被印刷体
１２    反転ドラム
Ｍ１，Ｍ２      駆動モータ
Ｓ１，Ｓ２      回転数センサ
Ｉ      積分制御器
Ｐ      比例制御器
Ｓ      トルク制御器
Ｔ      分配素子
Ｖ      増幅器
ＴＰ    ローパスフィルタ
ＢＰ    バンドパスフィルタ
ｍ      合算トルク
ｎSoll    目標回転数
ｎ１Ist，ｎ２Ist      実際回転数
【図１】
0005280794.tif 000002
【図２】
0005280794.tif 000003
【図３】
0005280794.tif 000004